Travailler avec des batteries nécessite une précision excédant 1%. Et dans la vie de tous les jours d'un électronicien, un multimètre est absolument indispensable et on lui fait confiance aveuglément.
Evidemment, on ne s'aperçoit de cette importance qu'après une mauvaise expérience. En l'occurence, j'ai mesuré des tensions avec un multimètre donnant des valeurs au moins 30% inférieures à la réalité, ce qui a bien failli "créer des problèmes". Heureusement, je me suis aperçu suffisamment vite que quelque chose clochait et j'ai vérifié avec un autre voltmètre.
Depuis, ma confiance s'est évaporée et je vis dans le doute. D'accord, je pourrais faire calibrer mes appareils chez un spécialiste (on me l'a déjà fait à l'oeil avec un générateur de tensions à 8 chiffres de précision). Mais qu'est-ce qui me dit que ce générateur est à la bonne tension, justement ? Comment s'assurer qu'il n'y a pas de dérive, ou d'influence de la tension de la pile ?
J'avais entendu à la télé que "mesurer" consiste en fait à "quantifier l'incertitude". Voici donc la question que je veux résoudre : quelle est l'incertitude de mesure de mes appareils ? D'où le terme "résolution" venant de "résoudre".
Mes appareils numériques ont 2000 points de mesure mais ont été achetés à différents prix. Mon Wavetek 27XT m'a coûté plus de 100 Euros alors qu'on trouve des petits appareils pas trop mal pour quelques Euros. Qu'est-ce qui me garantit que le plus cher est vraiment le plus exact ? On peut avoir des surprises avec le matériel "made in PRC", bonnes comme mauvaises.
Je me rappelle alors que j'avais eu la bonne idée de demander il y a quelques temps des échantillons de circuits intégrés de référence de tension à différents constructeurs. L'idée est simple : je vais me bricoler une décade de références de tensions.
Une décade comprend usuellement un élément par valeur. Mais des fabricants sont suffisamment généreux pour en fournir plusieurs. Le plus "radin", Maxim, en fournit généralement 2 par référence. Texas Instruments est passé récemment de 3 à 5 exemplaires maximum pour certains composants comme les références de tension, justement.
Pour une raison ou une autre, je n'ai pas de référence de tension venant d'autres fabricants, mais il en existe presque partout. Donc ce qui suit n'est pas un banc de test absolu et officiel, mais juste des mesures de ce que j'ai "sous la main". L'idée de départ étant de vérifier dans quelle mesure mon voltmère est fiable :-)
Les circuits utilisés ici portent les références suivantes :
Il y a donc 6 composants différents et chacun est en double exemplaire. Cela fait, si vous suivez, 12 composants CMS à câbler. Je ne suis pas à cela près mais 12 mesures devraient être largement suffisantes pour détecter si mon multimètre débloque.Maintenant le souci est d'alimenter correctement ces bestioles. Elles sont généralement très peu gourmandes, et les performances s'améliorent avec les circuits récents, comme on pourra le voir : dispersion plus faible, moins de bruit, plus de courant disponible...
Mais pour en revenir à l'alimentation, il faut lire les datasheets. TI recommande de ne pas dépasser 6V en entrée, et de se cantonner en pratique à 5,5V. Maxim est plus large et peut accepter 12V environ. On peut donc imaginer alimenter les références de tension faibles (1,25V et 2,5V) avec la sortie des circuits sortant des tensions plus élevées. Cependant, pour ne pas trop fausser les mesures en pompant du courant (même s'il ne s'agit que de quelques dizaines de µA), je ne chaine des références que pour des cas délicats.
La première source électrique qui me tombe sous la main et qui convient est, comme par hasard, une paire d'élements LiIon chargés à 4V environ. Un élément va alimenter seul les références de 1,25V et 2,5V, et la paire en série va alimenter les références à 5V et les MAX6126 (il faut faire attention au "dropout", la tension de l'élément LiIon était trop près de la tension d'entrée minimale du MAX6126). Chaque MAX6005 va aussi alimenter un REF3040. Pas la peine de faire un schéma, on peut s'en sortir avec les photos :
Le circuit, un peu brouillon mais il faut bien commencer quelque part, est assemblé en quelques heures et fonctionne à la mise sous tension (ou presque, d'où l'importance de vérifier tout le temps et progressivement).
Voilà voilà !
| Tension | Référence | Vin max | Précision + dérive (max selon datasheet) | calibre | Mesure échantillon 1 | Mesure échantillon 2 | Différence |
| 1,25V | REF3112 | 5,5V | +/- 0,2% 20ppm/°C | 2V | 1,251V | 1,251V | 0V |
| REF3012 | 5,5V | +/- 0,2% / 70ppm/°C | 1,254 | 1,252 | 1,4mV | ||
| 2,5V | REF3125 | 5,5V | +/- 0,2% 20ppm/°C | 20V | 2,50V | 2,50V | 0,8mv |
| 4,096V | REF3040 | 5,5V | +/- 0,2% / 70ppm/°C | 20V | 4,10V | 4,10V | 1,2mV |
| MAX6126 | 12,6V | +/- 0,02% initial / 3ppm/°C | 4,10 | 4,10 | 1mV | ||
| 5V | MAX6005 | 12,6V | 1% initial / 100ppm/°C>/td> | 20V | 5,02V | 4,99V | 28,4mV |
J'ai aussi réalisé des mesures différentielles entre les 4 références d'une même tension mais c'est trop compliqué à mettre dans le tableau et elles sont relativement cohérentes.
Je ne suis pas certain d'avoir levé toutes les incertitudes mais j'ai au moins un ordre de grandeur pour mes erreurs de mesure. Certaines mesures différentielles ont changé de 500µV environ entre deux essais, pour une raison inconnue, mais c'est déjà pas mal dans l'absolu, à la fois pour le voltmètre et les composants "de référence".
A noter que d'autres appareils "économiques" ont été testés avec la décade.
¤ D'abord le modèle "prix d'appel en grande surface de bricolage" est à la traine d'environ 1%. Cela convient pour les vérifications de routine, pas de quoi s'alarmer, et c'est marqué sur la fiche technique.
¤ Et puis le modèle pas beaucoup plus cher mais à 4000 points et sélection automatique de calibre, vendu chez Selectronic : quasiment aussi bon que le Wavetek, à un point près. Plus exactement, chaque mesure doit être augmentée d'un point de mesure. Cela fait une précision meilleure que 1% dans la plupart des calibres. Je ne m'attendais pas à cela de la part d'un bout de plastique à l'air si "gadget".
Les mesures autour du millivolt sont assez délicates et je n'ai pas pris de précaution particulière, il ne faut donc pas y prêter trop d'attention.
J'avais acheté le 27XT car il a des calibres très intéressants (L, C, F<20MHz, 2000 MOhms...) mais il semble aussi tenir la route en termes de précision et de stabilité. Du moins, tant que je n'aurai pas mesuré le contraire, c'est lui que j'utiliserai pour mesurer les tensions de batteries :-)
Accessoirement, je saurai à quoi m'attendre quand j'aurai besoin d'une référence de tension dans un montage... Et je commencerai par éplucher la fiche technique car par exemple, le MAX6005 fait un peu pitié avec seulement 1% de précision :-/